A-55-无键螺旋桨液压安装和计算

∆t = ∆35 +
ds
图 1 ∆- t
2 几个有关的问题
用于送审的无键螺旋桨液压安装计算一般应包 含图 1 的内容及计算过程。 除此之外, 为了后续设计 和安装工艺方面的要求, 还应包括下述一些内容: ( 1) 压装时的轴向推力 W 为了设计螺旋桨液压螺母, 指导船厂选用合适 的液压泵, 应提供压装时的轴向推力 W 与压入量 ∆ ( 6. 2) 决定: 关系, 即 W 2∆ 图。 该图由式 ( 6. 1) 、 Η) ( 6. 1) W t = A P t ( Λ1 + N 2 ∆t ( 6. 2) P t = P 35 N mm 2 ∆35 式中, P t 为某压装温度下的接触面压; Λ1 为液压安装时接触面间的动摩擦系数。 由 于安装时径向油压的作用, 这种摩擦属于半液 体润滑摩擦。 根据渤海造船厂 10 艘船的数据 表明, 其值取 0. 03 比较接近实际。 式 ( 6. 1) 可根据静力平衡方程, 并经适当简化推 导而得。 另外, 式 ( 6. 2) 中的 P t 为液压安装时能建立 的径向最大油压。 如将 W t 换算成螺旋桨液压螺母 的油压 P w t , 即可作出 P w t P t 2∆ 图。此图对压装时的 油压操作有一定的指导意义。 ( 2) 推入量起点 对推入量起点的约定, 除 L R 规范外, 各船级社
K= db , d b , d s 为桨及轴的平均外径, mm ; ds
v b , v s 为桨及轴材料的横向变形系数;
≤ Η为桨孔的锥度, Η
1 1 , 一般为 ; 15 20
( 1) ( 2)
mm Η 式中, P 35 为 35℃时的最小要求接触面压力, 2 N mm ;
∆35 = P 35B
虑摩擦系数、 螺 旋 桨扭矩 ( 包括 扭 振附加值) 和 推力影响。
Η
(Α b- Α s ) ( 35- t) (mm ) Η 2 0. 7Ρy ( k - 1) (N mm 2 ) P m ax = 3k 4 + 1
∆t= ∆35 +
ds
∆ m ax =
P m ax ∆35 (mm ) P 35
62
无键螺旋桨液压安装和计算
ds us =
2
Es
( ΡΗs - v s Ρrs )
( 2. 2)
( 2. 3) 且, Ρrb = Ρrs Η ( 2. 4) u b - u s = ∆35 2 式中, u b、 u s 为桨及轴在 d s 2 半径处的径向位移; 、 ΡΗb Ρrb 为桨在 d s 2 半径处的切向应力和径向 应力; ΡΗs、 Ρrs 为轴在 d s 2 半径处的切向应力和径向 应力。 基于式 ( 2) , 即可导出对应于实际安装温度 t 的最小 轴向推入量 ∆t: (Α ( 3) Α t) mm b s ) ( 35 Η 式中, Α b、 Α s 为桨及轴材料的线膨胀系数。 ( ) 式 3 提供了无键螺旋桨安装时推入量的下限, 即保证桨在工作状态不会从轴上滑脱的最小面压 b 一般要大于轴 P 35 的限制。 由于桨的线膨胀系数 Α 的线膨胀系数 Α s , 所以在温度升高时, 桨内孔和轴外 径径向应变的不一致性, 会导致接触面压下降。 这也 是为什么选择 35℃来校核其使用功能的原因。另一 方面, 由于温度下降, 会导致接触面压上升, 亦需在 0℃时对桨的最大应力进行校核计算。 ( 2) 在海水温度达到 0℃时 ( 螺旋桨工作温度 的下降) , 桨毂内孔表面的单轴应力应小于桨材料的 许用应力。 该许用应力大多数船级社采用 0. 7 倍的 桨材料屈服极限, 其基本公式如下: 0. 7Ρy ( K 2 - 1) ( 4) P m ax = 3K 4 + 1
O ctober, 2000 NO. 5
[ 规范与标准 ]
无键螺旋桨液压安装和计算
王卓楠 ( 渤海造船厂)
[ 关键词 ] 无键螺旋桨; 安装; 计算
Ξ
[ 摘 要 ] 本文介绍了几个船级社无键螺旋桨液压安装公式的特点以及设计、 安装方面需考虑的问题。 [ 中图分类号 ]U 664. 33 [ 文献标识码 ]B [ 文章编号 ]100129855 ( 2000) 0520062203
Ρs =
1
∆2t 图由 3 条直线组成。I 线由过点 ∆ m ax , 且平行
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规范没有明确要求。L R 规范中要求在径向油压不 供油 ( 干摩擦状态) 条件下, 轴向推力达到式 ( 7) 要求 时, 即为压载时的推入量起点。 Η) 18 (Α W 0 = A ( 0. 002 + [ P 35 + Α b s ) ] N ( 7) 20 B 除此之外, 还有一种采用作图方式求取推入量 起点的方法。 如图 2 所示, 在径向油泵不供油的情况 ( ) 下 P t = 0 向液压螺母供油。 当 P w t 达到 5 M Pa 时, 将千分表定为零值, 然后缓慢加压, 按 0. 25 mm 压 入量记录各点的 P w t 值, 并绘制在座标纸上。当取得 5 ～ 6 点时, 即可作出干摩擦的回归直线 L 1 , L 1 与 ∆ 轴的交点即为推入量起点。 实际推入量 ∆t = 千分表 量程+ 推入量起点至座标零点的距离。 图 2 为某船 的实际 P w t P t 2∆ 图。
( ΡΗb - Ρrb ) 2 + Ρrb 2 + ΡΗb 2 ( 4. 1) 2 式中, Ρs = 0. 7Ρy , 为桨材料许用应力。 求得上述 ∆35、 m ax 3 个推入量数值, 我们就可 ∆t、 ∆ 以作出如图 1 所示的无键螺旋桨安装用的推入量 ∆ 与安装温度 t 的关系图 ( ∆2t 图) 。
于 t 轴作出; II 线由过点 ∆ m ax , 且平行于 III 线作出; III 线由 ∆t 及 ∆35 两点决定; 阴影区为允许使用区。实 船安装时, 压入量落在该区内即为合格。 表 1 列出了几个主要船级社对无键螺旋桨安装 及计算的要求和特点。 为便于比较, 笔者简化了各公 式并统一了符号和定义。 除表中所示的公式外, 某些 船级社, 例如 BV 、 N K 船级社是采用公式和图表联 合求解的方式来计算压载所需参数。 因篇幅有限, 这 里不再赘述。
Hydraul ic f ix ing of keyless propeller and its ca lcula tion
W ang Zuonan
Keywords: key less p rop eller; fix ing; ca lcu la t ion Abstract: T he p ap er in t roduces the cha racterist ics of hyd rau lic fix ing fo rm u la of va riou s cla ssifica t ion societ ies, and p rob lem s tha t need ca refu l con sidera t ion in design and fix ing.
图 2 P w t P t-
∆
DNV ( 1996) F =
P 35 = F
S (N mm 2 ) ; AΛ F v 2 + T 2 (N ) ; S = 2. 8
( 3) 零度以下压装螺旋桨
P m ax 同 ABS
如图 1 所示, 如环境温度低于 tm in , 已超出压装 螺旋桨的温度范围。 如要满足前述 1 ( 1) 的要求, 则 必然会导致安装当时的桨内孔应力超过 P m ax。 P m ax - P 35 ) Η ∆35 ( 8) tm in = 35 ℃ P 35 d s ( Α Α b s) tm in 的计算值一般在- 40℃以下。
1) 仅 对 最 小 面压及最大许用 应力有校核要 求。 2) F 表 达 综 合考虑螺旋桨扭 矩 ( 包括扭振附 加 值 ) 和推力影 响。 3) 未 提 供 ∆ 计算式。
P 35 =
F (N mm 2 ) ; AΗ
2T F= LR V ( 1999) (N ) ;
- 1+
F v2 1+ V ( 2 + 1) T
∆35 为液压安装时对应于 P 35 的最小轴向推入 量, mm 。 注: ∆35 的表达式是根据厚壁圆筒平面应力的基 本公式推导而成, 即:
ds ub =
2Ebຫໍສະໝຸດ ( ΡΗb - v b Ρrb )
( 2. 1)
Ξ [ 收稿日期 ]2000- 04- 17 [ 作者简介 ] 王卓楠 (1952. 12- ) , 男, 汉族, 辽宁省开源, 研究员, 从事民船开发、 设计、 建造。
V = 0. 51 (
3 实船压装
实船压装无键螺旋桨要采用独立的两台油泵, 分别向液压螺母 ( 轴向) 和桨毂内孔油槽 ( 径向) 供 油。 径向油泵油压应尽量接近计算的 P t 2∆ 直线, 如 此才能降低摩擦系数 Λ1 , 使实际的 P w t 值亦接近计 算的 P w t 2∆ 直线。 在拆卸螺旋桨时, 应注意径向油压 P t 不要超过 这种情况在压装过程中是不会出现的。 而在拆 P m ax。 卸过程中, 特别是旧桨的修理拆卸中, 由于桨与轴接 触面处于相互静止状态, 易发生此种情况。
求得上述35tmax个推入量数值我们就可以作出如图的关系图2t且平行的油压推入量起点对推入量起点的约定规范外各船级社632000ship几个船级社无键螺旋桨液压安装计算供油干摩擦状态条件下轴向推力达到式除此之外还有一种采用作图方式求取推入量起点的方法
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表 1 几个船级社无键螺旋桨液压安装计算
船级社
P 35 = F F=
计 算 公 式
S (N mm 2 ) A
特 点
T Η [- S + C 2
2 2
Λ2 + C (
Fv 2 ) ] (N ) ; T
C= Λ - S
2 Η ; S = 2. 8; 4
6 T = 57. 4×10
H (N , 桨推力) ; PR F 表达式综合考
H —桨收到的额定功率 ( kW ) ; P —桨的平均螺矩 (mm ) ; R —桨额定功率下的转速 ( r m in ) ; 2GQ ABS (N , 桨扭力) ; Fv= ds ( 2000) G —扭振系数, 柴油机直联为 1. 2; 6 H (N 2 Q = 9. 55×10 mm , 桨扭矩) R ds (mm ) ∆35 = P 35 B
P 35 = F S N mm 2 AΛ ds
般为 2. 8; 2 A 为螺旋桨桨毂与轴的接触面积, mm ; Λ 为螺旋桨桨毂与轴接触面间工作状态下的 静摩擦系数, 与桨、 轴材料有关。 因接触面间 留有少量润滑油, 所以取边界摩擦状态的系 数。 对于青铜桨与钢轴, Λ= 0. 13; 由扭矩引起 F 为作用在接触面上的合力 (N ) 。 的切向力 F v 及螺旋桨推力 T 组成。其计算 方法各船级社有所不同; 1 K 2+ 1 1 ( ( 1- v s ) mm 2 N , + v b) + B= E b K 2- 1 Es 桨毂与轴组合后的径向变形柔度。 其中: 2 E b , E s 为桨及轴材料的弹性模量, N mm ;
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∆ m ax =
P m ax ∆35 P 35
( 5)
式 中, P m ax 为 0℃时 的 最 大 允 许 接 触 面 压 力, N 2 mm ; Ρy 为桨材料的屈服极限, N mm 2; m ax 为液压安装时, 对应于 P m ax 的最大允许推 ∆ 入量, mm. 注: P m ax 的表达式是按剪切应变能强度理论推 导而来。 即按:
S 为 35℃时在接触面间的止滑安全系数, 一
1 无键螺旋桨液压安装计算公式简介
一些船级社规范中无键螺旋桨液压安装计算公 式 ( 参见表 1) 尽管表述不同, 但设计思想基本一致, 主要基于下述两个方面: ( 1 ) 在海水温度达到 35℃时 ( 螺旋桨工作温 度的上限) , 桨毂与轴接触面间的摩擦力应能满足额 定工况下螺旋桨收到扭矩产生的切向力和推力的要 求。 其中扭矩要考虑扭振引起的扭矩增量, 基本公式 为:
无键螺旋桨是 80 年代开始应用的新技术, 通过 20 余年的发展, 技术日趋成熟。目前, 在民用船舶的 使用率已达到 90% 以上, 与有键螺旋桨比较, 无键 螺旋桨有下述明显优点: ( 1) 制造工艺简单; ( 2) 安装和使用过程的应力分配均匀、 配合紧 密、 使用寿命长; ( 3) 安装及拆卸方便。